기계공학실험 가속도실험입니다.

소개글

기계공학실험 가속도실험입니다.에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.목적

2.이론

3.실험장치

4.측정실습 (가속도 측정장치나 신호처리장치에 무리가 가지않도록 주의)

5.실험결과

6.고찰

7.결론

본문내용

결과보고서
가속도측정
(14장)
3반,6조
학부-기계공학부
학번-200821579
성명 -위성진
제출일 -2009.5.13(월)
담당교수-김현정교수님
1.목적
단순 진동모델을 가지고 가속도를 측정할 수 있다.
2.이론
2-1 단순 진동 모델
①탄성계수가k인 스프링과 감쇠계수가 c인 대쉬포트, 질량 m이있을 때 시스템의 지배방정식은
이때의 해는 이다. 이것을 진동학 에서 사용하는 방식에 따라 몇 가지로 치환하면 그래서 초기조건을 이라고 하면
라고 할 수 있다.
②가속도의 주기는 일정하므로
③가속도의 진폭의 비율을 구하면 그래서
<-에서 가 무척 작으므로
④그리고 주기와의 관계에서 를 계산할수 있다. 이를통해 초기 변위는 고유각속도와 감쇠계수를 구하는데 관계가 없다.
⑤부가 질량을 이용하여 실험을 진행하면 스트링의 탄성계수와 초기질량도 계산할 수 있다.
, 이 시스템에 같은 스프링에 질량을 더하면 라고 하면 ,
2-2가속도 측정 원리와 센서
①사이즈믹형 가속도센서
-사이즈믹질량 스프링과 대쉬포트로 모델링 될수 있는 탄성 지지구조에 의해 지지되는 질량.
의 움직임을 측정하여 가속도를 측정하는 센서, 케이스와 상대운동을 통해 발생한 미세한 움직임을 측정하고 사이즈믹 질량의 크기, 지지구조의 탄성계수와 감쇠계수를 이용해서 가속도를 계산.
-측정 주파수 범위가 넓지 못함
②압전 석영 결정을 포함하는 압전재료의 양면에 전압을 걸면 두께의 변화가 나타나며,반대로 기계적인 변형을 가할 때 양면에서 전압이 발생하는 현상.
형 가속도 센서
-일정 질량을 가진 추가 운동에 의해 가속도를 받아 발생하는 힘을 압전소자에 가하여 발생하는 압전 재료의 변형에 따른 전압의 크기를 측정하여 가속도를 측정하는 센서, 감도가 높고 측정 진동수 범위가 넓고 구조적으로 견고하다.
③반도체형 가속도 센서
-동작원리는 사이즈믹 가속도 센서와 동일하나 사이즈믹 질량의 움직임을 정전용량성으로 측정한다. 정전 용량형 방식으로 사이즈믹 움직임을 측정하게되면 전체적으로 센서의 크기가 매우 소형으로 제작될 수 있는 장점이있다. 실리콘 반도체 재료의 에칭 기술을 이용해 중간판이 운동에 의해 발생항 가속도에 의해 위와 아래로 움직이면 위와 아래에있는 다른판과의 거리가 변해 정전용량이 변하게 된다.
3.실험장치
반도체 방식의 가속도 센서 MEMS기술을 이용하여 제작되고 제작사는 미국 모토로라사 모델번호 MMA1270D
,실험용 프로그램(①단순진동상태에서 가속도와 최대진폭와 최대진폭 발생시각을 추출,②초기질량을 이용한 실험결과와 부가질량을 이용한 실험결과를 이용해 초기질량과 스프링의 탄성계수를 계산)
4.측정실습 (가속도 측정장치나 신호처리장치에 무리가 가지않도록 주의)
●초기질량을 이용한 단순진동실험
①가속도 측정 모듈을 수직으로 세운후 출력신호를 확인하고 수평으로 세훈후 출력신호를 확인
②두 값의 차이를 확인(이론적으로 750mV),옆으로 뉘어놓은 가속도 센서는 2.5V가 나와야함
----------------옆으로 뉘어놓은후 실험----------------
③진동추를 손으로 잡고 임의의 변위로 옮긴다. 3초정도 잡고 있고 기록버튼을 누른 후 추를 놓는다. 손에 붙어있는 시간을 최소로해야 초기 가속도 자료가 왜곡되지 않는다.
④원래 위치에 멈추면 기록을 멈춘다. 기록상태를 보고 이상없으면 최대진폭과 진폭이 발생한 시점을 찾는다.
⑤6~10번까지 실험을 반복.초기 변위 크기를 기록. 감쇠진폭비와 주기를 구하여 평균값과 표준편차를 구함.
->초기변위가 감쇠진폭비와 주기에영향을 주지 못하는 것을 확인
⑥감쇠 진폭비와 주기에서 감쇠계수와 고유각속도를 계산. 그래프를 그려 실험결과와 같은지 확인.
⑦그래프를 그릴 수 있는 프로그램을 이용해서 감쇠진폭비와 주기, 읽어들인 실험결과에 기록된 초기변위값을 이용해 가속도를 나타내는 식을 만든 후 실험에서 실시한 시간해상도와 전체시간 구간과 같은 값을 넣어 시간에 따른 가속도 변화를 계산한다.
⑧실험값과 이론값이 어느정도 일치하는지 조사.
●부가 질량을 이용한 단순진동 실험 (부가질량의 중량을 정확하게 측정)
①위의 실험③처럼 임의의 변위가 되는 지점으로 추를 옮긴다.
②위의 실험④처럼 한다.
③실험을 5번 반복하는데 초기변위의 크기를 기록한다. 단순진동실험을 최소 10회 실행하고 난후 감쇠진폭비와 주기등 각 실험결과의 평균값과 표준편차를 구한다.->초기변위가 감쇠진폭비와 주기에대해 영향을 주지못하는 것을 확인한다.
-----------초기질량을 이용한 단순진동실험과 부가질량을 이용한 단순진동실험의 실험결과를 비교분석----------
①각 실험의 감쇠계수를 비교한다.
②각 실험의 스프링의 탄성계수와 진동추의 초기질량을 계산.
<사진>
5.실험결과
5-1초기질량을 이용한 단순진동실험(1주차)
수평10mm일때와 수평20mm일때의 주기를 보면 표쥰편차가 0.7씩이나 차이가 난다. 이로써 변위가 변하면 주기가 변하지 않지만 실험을 통해서는 주기가 변한다는 것을 알 수 있다.
->수평10mm때 감쇠율과 수평20mm일때의 감쇠율의 표준편차가 크게 차이가 나지 않는 것을 알 수 있다. 이로써 변위에 따라서 감쇠율은 거의 일정한 것으로 볼 수 있다.
-> 왼쪽데이터를 보면 수평10mm일 때의 각속도와 수평20mm일때의 각속도가 눈에 띄게 차이가 난다는 것을 알 수 있다.
5-2 부가 질량을 이용한 단순진동 실험(2주차)
●볼트없음
->볼트가 없을 때의 주기다. 수평10mm일때와 수평20mm일 때의 표준편차 차이가 크게 나는 것을 알 수있다. ->실험실패
->감쇠율을보면 10mm일

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